利用岩土储能冷热分区增强换热性能的研究

[目的]岩土储能(BTES:BoreholeThermalEnergyStorage)指利用地下土壤、岩石和水的热容量进行储能的钻孔闭式循环系统,主要特点是采用冷热分区布置,以智能化控制手段结合国内地质进行创新型的开发利用。为了研究利用冷热分区提高地埋管换热效果的可行性,以多孔介质传热理论、能量守恒、有限长非移动线热源模型为基础,建立了单U型地埋管换热器井孔内、外数学模型,通过数值模拟的方法分析和验证了可行性。[方法]基于常见的土壤冷热堆积现象,通过改变管内介质流过两个划分区域的顺序,变被动防控冷热堆积为主动调配储能以跨季节利用,使两个划分区域内主动产生冷、热堆积储能,定义为“冷区”和“热区”。[结果]经过数值模拟分析,发生热堆积现象的“热区”在供暖期的换热量逐年递增,就最高换热量来说,第二年比第一年提高319 W,第三年比第二年提高308 W;出现冷堆积现象的“冷区”在制冷期的换热量逐年递增,就最高换热量来说,第二年比第一年提高209 W,第三年比第二年提高198 W。[结论]以上结果说明此方法可以增强地埋换热器的换热效果。在供暖期和制冷期交替使用两个区域既有效解决土壤源热泵系统冷热不平衡造成的能效衰减,又可以在减少打孔场地的情况下提高系统换热效果。

地下水渗流对深层埋管式能源桩传热特性的影响

地下水渗流对能源地下结构的传热具有增益效果,通过构建深层埋管式能源桩单桩三维热渗耦合物理模型,分析了制冷、制热2种工况下渗流速度与渗流层位置对深层埋管式能源桩换热效率的影响。模拟结果发现,无渗流作用时深层埋管式能源桩在制冷、制热2种工况下的运行过程中均存在严重的冷热堆积现象。渗流作用则可在一定程度上消除冷热堆积,提升制冷、制热效率,该作用会随着渗流速度的增快而逐渐增强,且存在一定的热迁移现象。受地热梯度的影响,处于不同渗流层位置的深层埋管式能源桩换热效率的提高幅度不同。相比于浅层,更深层的渗流作用对制热效率的提高幅度更大,但对制冷效率的提高幅度却更小。

岩溶地区雨水强制渗流在地源热泵系统中应用的分析

地源热泵系统长期运行后导致岩土冷热堆积,从而降低了地埋管的换热性能和系统的运行性能,而地下水渗流能有效改善这一影响。为了充分发挥地下水渗流的作用,提高埋管的换热性能和系统的使用年限,文中基于岩溶地区地质水文条件提出并讨论雨水强制渗流在地源热泵系统中的应用。